土壤中有機(jī)氯監(jiān)測(cè)方法的研究

李明芳

（山東省臨沂生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 臨沂 276000）

1 土壤中有機(jī)氯的監(jiān)測(cè)意義

有機(jī)氯農(nóng)藥是對(duì)一類含氯有機(jī)化合物的總稱，其性質(zhì)穩(wěn)定，難于降解，又具有脂溶性，對(duì)人體和環(huán)境都造成了很大的威脅。在《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥摩公約》中，將9 種有機(jī)氯農(nóng)藥列入持久性污染物的名單。我國(guó)在1983 年也全面禁止使用有機(jī)氯農(nóng)藥。由于有機(jī)氯農(nóng)藥非常難于降解，即使現(xiàn)在已經(jīng)過去三十多年的時(shí)間，土壤樣品中的有機(jī)氯仍然有檢出。我們國(guó)家在2018 年對(duì)《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》與《農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》中分別對(duì)有機(jī)氯中六六六、滴滴涕風(fēng)險(xiǎn)篩選值做了規(guī)定。所以采用合適的方法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)土壤中的有機(jī)氯，才能了解土壤的污染程度并為后續(xù)土壤修復(fù)做好基礎(chǔ)。下面將分別討論土壤中有機(jī)氯前處理方法和監(jiān)測(cè)方法。

2 土壤中的有機(jī)氯的提取方法

土壤基體較復(fù)雜，干擾物質(zhì)較多，且有機(jī)氯的含量相對(duì)較低，所以很難直接監(jiān)測(cè)，必須采用一定的前處理方法，提取土壤中的有機(jī)氯，使其達(dá)到可以監(jiān)測(cè)的濃度水平，選擇合適的前處理方法是準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)土壤中有機(jī)氯的必要前提，目前較為常用的方法主要有：索氏提取，超聲波提取，微波輔助萃取、加壓流體萃取，超臨界流體萃取等。

2.1 索氏提取法

索氏提取法又稱為連續(xù)提取法、索氏抽提法，是從固體物質(zhì)中萃取化合物的一種方法。其在提取前需要先將樣品研磨細(xì)，來增加與液體接觸的面積。然后將固體樣品放在濾紙?zhí)變?nèi)，放置于萃取管中進(jìn)行后續(xù)的提取。索氏提取法在各類新的提取技術(shù)產(chǎn)生之前是最常用的提取方法，成本相對(duì)較低，一般使用相對(duì)便宜的玻璃儀器，一次上樣，不需要手動(dòng)操作，回收率較高是提取土壤中的半揮發(fā)性有機(jī)物較為常用的方法。但是其連續(xù)提取時(shí)間較長(zhǎng)，例如在環(huán)保部發(fā)布的HJ 921—2017、HJ 835—2017 的標(biāo)準(zhǔn)中就規(guī)定提取的時(shí)間為16 h～18 h，操作相對(duì)較復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制溫度，有機(jī)溶劑消耗量大，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體傷害較大，同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成污染，另外，由于需要的回流提取時(shí)間較長(zhǎng)，精密度相對(duì)較差。最先發(fā)展的自動(dòng)索氏提取法在取得與傳統(tǒng)索氏提取法一樣較高的回收率時(shí)，還大大節(jié)約了提取時(shí)間，該方法第一步需要將樣品抽提套管浸入沸騰的溶劑中，這樣可以保證樣品與溶劑充分接觸，快速提取樣品，這個(gè)時(shí)間一般需要1 h，第二步是將套管提升到溶劑上方，如同索氏提取法一樣進(jìn)行淋洗提取，這步也需要1 h，同時(shí)需要的溶劑也大大降低，但是需要相當(dāng)昂貴的設(shè)備。

2.2 超聲波萃取

超聲萃取是利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、擾動(dòng)效應(yīng)、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，加大溶劑穿透力，從而提高目標(biāo)物質(zhì)從樣品基體解析進(jìn)入溶劑的速率，促進(jìn)提取的進(jìn)行。其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，一般只需要幾分鐘到幾十分鐘之間；萃取過程相對(duì)簡(jiǎn)單，不易對(duì)萃取物造成污染。適合不耐熱的目標(biāo)成分的萃??；但是超聲萃波在提取過程中有可能會(huì)不穩(wěn)定化合物的原有結(jié)構(gòu)，不適合提取不穩(wěn)定的物質(zhì)，例如超聲波的能量會(huì)使某些有機(jī)磷類化合物發(fā)生分解，因此，在沒有實(shí)際樣品進(jìn)行驗(yàn)證前，這種提取技術(shù)不應(yīng)用于有機(jī)磷類化合物的提取，但是有機(jī)氯結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，可以用超聲萃取，例如王芳等利用超聲波提取土壤中的有機(jī)氯農(nóng)藥，在優(yōu)化溶劑等的實(shí)驗(yàn)條件下，其方法的回收率可以達(dá)到70%～110%[1]。

2.3 微波萃取法

微波是指波長(zhǎng)在1 mm～1 m，頻率為30 MHz～300 000 MHz的電磁波，，微波萃取是這種微波能的作用下，用極性溶劑溶劑或是極性溶劑和非極性溶劑的混合物將固體樣品或是半固體樣品中的待測(cè)組分提取到有機(jī)溶劑的過程。微波萃取法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、萃取時(shí)間較短的優(yōu)點(diǎn)，一般在10 min～15 min其回收率高、有機(jī)溶劑用量少、減少對(duì)環(huán)境的二次污染，重復(fù)性較高，可以同時(shí)處理多個(gè)樣品。與索氏提取與超聲波萃取相比，微波萃取的主要優(yōu)點(diǎn)是耗時(shí)短，而且更有利于萃取熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，防止長(zhǎng)時(shí)間的高溫萃取引起樣品分解，被目標(biāo)化合物從樣品基體中被解析出來，適合快速處理大量的樣品。汪雨等利用常壓微波技術(shù)萃取土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥時(shí)，萃取時(shí)間為20 min，有機(jī)氯的回收率為84.3%～105%[2]。丁曦寧利用高溫微波萃取土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥時(shí)，利用30 mL正己烷在110 ℃萃取時(shí)間為10 min 時(shí)，有機(jī)氯的回收率為75.3%～115%[3]，與索氏提取相比后者所用溶劑一般為200，而萃取時(shí)間一般為4 h～48 h，大大節(jié)約可溶劑與萃取時(shí)間，而且對(duì)于索氏提取回收率在50.7%～95.0%也是提高了回收率。

2.4 加壓流體提取法

加壓流體提取法是目前對(duì)土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行提取比較先進(jìn)的方法。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 783—2016 就介紹了利用加壓流體提取法提取土壤中的半揮發(fā)性有機(jī)物。環(huán)保部在最近發(fā)布的土壤中有機(jī)氯的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)HJ 921—2017、HJ 835—2017中都提到用加壓流體提取土壤中的有機(jī)氯。該方法是將處理后的土壤樣品加入金屬的容器中，選擇合適的有機(jī)溶劑對(duì)于有機(jī)氯樣品較常使用的是正己烷+丙酮，在高溫、高壓條件下，使有機(jī)溶劑與土壤樣品充分接觸，將土壤中的有機(jī)物提取到有機(jī)溶劑中。由于該方法是在高溫（溫度一般控制在100 ℃左右），高壓（壓力為100 Psi）的條件下，極大地縮短了樣品的提取時(shí)間，一般2 個(gè)循環(huán)的提取時(shí)間為30 min，而且所用的樣品量比較少一般為2 g～20 g左右，有機(jī)溶劑的使用量每個(gè)樣品為40 mL～100 mL，節(jié)省了有機(jī)溶劑的使用，可以減少對(duì)環(huán)境的污染和實(shí)驗(yàn)人員的健康危害，且回收率一般較高，例如桂建業(yè)等利用快速溶劑提取-氣相色譜質(zhì)譜法監(jiān)測(cè)土壤中的有機(jī)氯時(shí)，六六六、滴滴涕的回收率可以達(dá)到85.1%～109.6%，該方法操作簡(jiǎn)單，可以節(jié)省人力，目前成為土壤中有機(jī)氯提取的首選方法[4]。

2.5 超臨界流體萃取法

超臨界技術(shù)與上面4 種提取技術(shù)相比，是比較新的一種提取技術(shù)，近年來發(fā)展迅速。最常用的超臨界流體是二氧化碳，因此該方法特別適合分析在超臨界CO2中具有高溶解性的非極性和弱極性化合物。與傳統(tǒng)的提取方法相比，該方法不需要使用任何溶劑，有時(shí)為了提高回收率，需要加少許的有機(jī)溶劑為改良劑，不需要凈化，并且超臨界流體技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在低溫下提取分離，從而對(duì)一些熱穩(wěn)定差的化合物也可以提取，并能同時(shí)完成萃取和分離兩步操作，具有分離效率高、溶劑消耗少，耗時(shí)少、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，劉靜等利用超臨界CO2流體萃取土壤中的痕量滴滴涕類有機(jī)氯農(nóng)藥發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化萃取壓力等的實(shí)驗(yàn)條件下，該方法滴滴涕的萃取的回收率可以達(dá)到87.5%～105%[5]，方法檢出限可以達(dá)到0.053 ng/g～0.240 ng/g，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.76%～18.64%。但是，超臨界流體存在裝置復(fù)雜，成本高，對(duì)于極性較高物質(zhì)，萃取效果不佳，在一定程度上限制了其推廣應(yīng)用。該文所提各類提取方法之間的對(duì)比見表1。

3 土壤中的有機(jī)氯的凈化方法

對(duì)土壤樣品提取物的凈化主要是為了去除其中的干擾物質(zhì)和高沸點(diǎn)化合物，這些化合物很可能會(huì)導(dǎo)致被測(cè)結(jié)果的定性、定量誤差，例如干擾物質(zhì)和被測(cè)物質(zhì)的保留時(shí)間一致時(shí)會(huì)造成定性的假陽(yáng)性；又或者干擾物質(zhì)的存在使被測(cè)物質(zhì)的保留時(shí)間發(fā)生偏移，造成定性結(jié)果的假陰性。而當(dāng)干擾物質(zhì)和被測(cè)組分的峰疊加，就會(huì)造成定量結(jié)果偏高，相反分析物被吸附在進(jìn)樣口或色譜柱頭上就會(huì)造成結(jié)果偏低。另外，這些干擾物質(zhì)和高沸點(diǎn)化合物的存在還會(huì)造成柱流失、檢測(cè)器和離子源的污染等，從而導(dǎo)致儀器停機(jī)，清洗檢測(cè)器和離子源等。除此之外，干擾物質(zhì)的存在會(huì)使有機(jī)氯中滴滴涕發(fā)生降解，從而影響結(jié)果的判斷。目前對(duì)于土壤中的有機(jī)氯較常用的凈化方法有吸附色譜法、凝膠滲透色譜法、硫凈化法、濃硫酸磺化法等對(duì)于高污染的樣品還需要聯(lián)合幾個(gè)凈化方法，例如分析有機(jī)氯農(nóng)藥時(shí)，可能需要凝膠滲透色譜法去除高沸點(diǎn)的雜質(zhì)，氧化鋁柱或弗羅里硅土柱去除GC/ECD 檢測(cè)中出峰的干擾峰。

3.1 吸附色譜法

吸附凈化是利用不同性質(zhì)的吸附劑將極性分布范圍窄的化合物從不同極性的外來干擾物中分離開，常用的吸附劑為氧化鋁、硅酸鎂（也被稱為弗羅里硅土）和硅膠。這些方法通常用來凈化非極性類化合物，其中有機(jī)氯農(nóng)藥較常使用的是硅酸鎂柱層析凈化法，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 835—2017、HJ 921—2017 中都做了較詳細(xì)的介紹?，F(xiàn)在比較便捷的使用商品化的硅酸鎂小柱，一般填料為500 mg 或是1 000 mg，但是干擾物質(zhì)濃度較高時(shí)，仍需制備填料較多的標(biāo)準(zhǔn)層析柱凈化。

3.2 凝膠滲透凈化法

凝膠色譜技術(shù)是以多孔凝膠為固定相，利用凝膠孔的空間尺寸效應(yīng)，使不同大小的分子按照由大到小的洗脫順序達(dá)到分離的高效液相色譜（HPLC）方法，從而達(dá)到凈化的目的，提高后續(xù)分析的靈敏度與準(zhǔn)確性，延長(zhǎng)分析儀器的使用壽命。在選擇凝膠時(shí)，排阻體積必須大于待測(cè)分離物的分子大小。此外，凝膠色譜還有因?yàn)槎栊晕⑶虮砻鎸?duì)有機(jī)物吸附小所以柱污染小，以及脫鹽等優(yōu)點(diǎn)。凝膠色譜凈化被用來去除樣品中的油脂、高分子化合物、共聚物、蛋白質(zhì)、細(xì)胞組分、病毒、類固醇等，適用于極性化合物和非極性化合物，因此它的有效凈化范圍很廣，廣泛地應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)，農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)，食品檢測(cè)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域。在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 835—2017 中提到用凝膠滲透滲透凈化法來凈化土壤中的有機(jī)氯。

3.3 硫凈化法

硫元素普通存在于許多沉積物樣品和一些工業(yè)廢棄物中。硫在各種有機(jī)溶劑中的溶解度與有機(jī)氯農(nóng)藥很相似。因此，硫干擾會(huì)存在于整個(gè)樣品的提取與凈化過程。用氣相色譜分析有機(jī)氯農(nóng)藥時(shí)，硫的存在會(huì)導(dǎo)致寬鋒從而掩蓋從溶劑峰到艾氏劑范圍內(nèi)的所有信號(hào)。硫凈化法通常有兩種一種是利用銅粉來還原，例如在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 835—2017、HJ 921—2017 中提到用銅粉來去除硫，實(shí)驗(yàn)用到的銅粉活性一定要非常高，外觀光澤度特別高。但是銅粉可能會(huì)造成有機(jī)磷或有機(jī)氯農(nóng)藥的損失，采用四丁基銨亞硫酸鹽法可以將有機(jī)氯農(nóng)藥的損失降到最低。

表 1 土壤中有機(jī)氯不同萃取方法的比較

3.4 濃硫酸磺化法

在較早的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14550—2003 中只測(cè)定有機(jī)氯中的六六六、滴滴涕時(shí)提到利用濃硫酸磺化法對(duì)提取樣品進(jìn)行凈化，其氧化能力去除雜質(zhì)的能力較強(qiáng)，可以完全去除里面含有的色素，對(duì)復(fù)雜樣品凈化效果很好。且對(duì)六六六、滴滴涕等化合物的回收率能達(dá)到70%以上。但該方法不能用來凈化其他分析物的提取液，它有可能破壞包括艾氏劑、異狄氏劑、硫丹等在內(nèi)的大多數(shù)有機(jī)化合物。其中對(duì)與狄氏劑和異狄氏劑其回收率低于20%。

4 土壤中有機(jī)氯的監(jiān)測(cè)方法

目前對(duì)于土壤中有機(jī)氯比較常用的監(jiān)測(cè)方法為利用電子捕獲檢測(cè)器（ECD）-氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法。下面將分別作介紹。

4.1 電子捕獲檢測(cè)器-氣相色譜法

在已經(jīng)發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14550—2003 和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 921—2017 中在監(jiān)測(cè)土壤中的有機(jī)氯時(shí)，都是用的ECD-氣相色譜法，該方法的工作原理是利用色譜柱對(duì)待測(cè)組分進(jìn)行分離，利用ECD 進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)保留時(shí)間來定性，根據(jù)峰面積或峰高，利用外標(biāo)法來定量。其中ECD 檢測(cè)器方法靈敏度高，對(duì)于有機(jī)氯有很高的響應(yīng)值，且線性關(guān)系好，例如HJ 921—2017 對(duì)于23 種有機(jī)氯的檢出限，當(dāng)取樣量為10.0 g，其范圍低至0.04ng/g～0.09ng/g。且氣相色譜儀相對(duì)操作簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)成本低，到目前為止一直是有機(jī)氯較為普遍采用的監(jiān)測(cè)手段。但是就如前面討論的，土壤的基底比較復(fù)雜，干擾物種較多，即使采取了有效的凈化手段，干擾物質(zhì)有可能還會(huì)影響結(jié)果的判斷。而氣相色譜只能利用保留時(shí)間來定性，容易出現(xiàn)假陽(yáng)性或是假陰性，所以在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中需要利用雙柱定性，即利用兩根極性不同的色譜柱來輔助定性，盡可能準(zhǔn)確地定性。

4.2 氣相色譜-質(zhì)譜法

氣相色譜質(zhì)譜法是待測(cè)組分經(jīng)氣相色譜分離后，利用質(zhì)譜來檢測(cè)。根據(jù)質(zhì)譜圖、保留時(shí)間、碎片離子質(zhì)荷比及其豐度定性。一般利用內(nèi)標(biāo)法來定量。氣相色譜質(zhì)譜法克服了氣相色譜法只能用保留時(shí)間定性的局限，使定性結(jié)果更加準(zhǔn)確。氣相色譜質(zhì)譜法有2 種常用的掃描模式，即全掃描和選擇離子掃描模式，利用全掃描模式可以準(zhǔn)確地定性，而選擇離子掃描模式只選擇目標(biāo)化合物的定量離子和定性離子進(jìn)行掃描，一方面提高了方法的靈敏度，降低了檢出限，另一方面只選擇目標(biāo)化合物的離子進(jìn)行掃描，選擇性高、干擾少，所以利用氣相色譜質(zhì)譜法監(jiān)測(cè)土壤中有機(jī)氯越來越被國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者認(rèn)可。例如HJ 835—2017中利用氣相色譜質(zhì)譜法監(jiān)測(cè)土壤中有機(jī)氯，當(dāng)取樣量是10.0 g 時(shí)，利用全掃描時(shí)其檢出限為0.02 mg/kg～0.09 mg/kg，而作者利用同樣的方法，選擇離子掃描時(shí)，其檢出限可低至0.6 ng/g～0.7 ng/g。雖然氣相色譜質(zhì)譜法與氣相色譜法相比其定性更加準(zhǔn)確，但其靈敏度與ECD 檢測(cè)器相比要低，當(dāng)基底更加復(fù)雜時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干擾。近期有文獻(xiàn)報(bào)道利用氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)量土壤中的有機(jī)氯，該方法一方面克服了氣相色譜法基底復(fù)雜難定性的問題，另一方面也提高了氣相色譜質(zhì)譜法雖然定性準(zhǔn)確但是靈敏度不如前者的問題，宋曉娟等利用快速溶劑萃?。ˋSE）-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（GC-MS/MS）分析土壤中8 種有機(jī)氯農(nóng)藥（OCPs）時(shí)，當(dāng)取樣量為10.0 g 時(shí)，8 種OCPs 的方法檢出限為0.02 ng/g～0.04 ng/g，大大提高了氣相色譜質(zhì)譜法的靈敏度，又減少了基底的干擾，未來有可能成為土壤有機(jī)氯監(jiān)測(cè)的常用方法[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過該文的討論可以看出，對(duì)于土壤中的有機(jī)氯的提取方法包括索氏提取、超聲波提取、微波輔助萃取、加壓流體萃取以及超臨界流體萃取等，其中索氏提取雖然回收率較高，但是需要的溶劑量大，并且是所有方法中耗時(shí)最長(zhǎng)的，其中目前較為常用的方法是加壓流體萃取法，其操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、回收率高且溶劑消耗低，土壤基體復(fù)雜，對(duì)于待測(cè)樣品在上機(jī)分析之前必須經(jīng)過凈化，其中對(duì)于有機(jī)氯樣品，較為常用的是硅酸鎂層析柱法，該文在最后還介紹了土壤有機(jī)氯的監(jiān)測(cè)方法，通過比較發(fā)現(xiàn)，氣相色譜法具有靈敏度高、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于復(fù)雜的基底，定性困難，而氣相色譜-質(zhì)譜法雖然定性好，卻靈敏度相對(duì)較低，最近新發(fā)展的氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜克服了上述2 個(gè)方法的缺點(diǎn)，具有選擇性高、靈敏度高和定性準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，有可能成為未來土壤中有機(jī)氯監(jiān)測(cè)的常用方法。